增設冷凝冷卻器回收脫乙烷塔頂丙烯的優化流程

張興鑫　石　澤　張　旭　中國寰球工程公司華北規劃設計院　北京　100012

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增設冷凝冷卻器回收脫乙烷塔頂丙烯的優化流程

張興鑫*石澤張旭中國寰球工程公司華北規劃設計院北京100012

摘要采用ASPEN PLUS軟件，對氣分裝置回收LPG中的丙烯進行模擬。結果表明，增設冷凝冷卻器，可解決脫乙烷塔頂不凝氣中含有部分丙烯的問題，提高整個裝置的丙烯回收率。

關鍵詞氣分丙烯回收冷凝冷卻器脫乙烷塔

*張興鑫：工程師。2006年畢業于山東科技大學化學工程與工藝專業。主要從事石油煉制項目工藝設計工作。聯系電話：(010)61917564，Email：zhangxingxin@hqcec.com。

上世紀90年代以來，丙烯作為重要的石油化工產品之一，其需求的增長速率已超過乙烯[1]。世界上約30%的丙烯來自煉廠催化裂化裝置[1]，這就要求氣分裝置盡最大可能的回收高純度丙烯，以減少分離過程中丙烯的損失。

1增設冷凝冷卻器的原因分析

國內已有的氣體分餾裝置，基本上都存在丙烯損失的問題。近幾年，煉廠為了進一步提高丙烯的回收率，同時在不增加裝置投資的前提下，對脫乙烷塔通常都采用提壓操作，其正常操作壓力的范圍一般為2.3～2.5MPa(G)。據生產統計數據顯示，丙烯損失最為嚴重部分來自脫乙烷塔頂氣相，占總損失的90%以上，而為了制取純度大于99.6%(v)的精丙烯，在原料含有C2組分的情況下設置脫乙烷塔又是必不可少的[2]。因此，對脫乙烷塔頂不凝氣中丙烯的回收利用就顯得更有意義。

國內現有的氣體分餾裝置一般采用經典的三塔流程，分別由脫丙烷塔、脫乙烷塔、丙烯塔組成。其中，脫乙烷塔頂沒有設置冷凝冷卻器，從而導致部分丙烯隨燃料氣流失。其工藝流程見圖1。

圖1　常規氣體分餾裝置工藝流程

針對目前的常規流程，為解決丙烯流失的問題，提出在脫乙烷塔頂增設以工藝冷凍水作為冷卻介質的冷凝冷卻器的設計優化，對損失的丙烯進行冷凝回收，以提高丙烯產品收率。其工藝流程見圖2。

圖2　帶丙烯冷凝冷卻器的氣體分餾裝置工藝流程

采用ASPEN PLUS計算模式，增設冷凝冷卻器后的工況，作為優化流程，并和常規流程進行模擬對比研究，分析冷凝冷卻器的設置對丙烯回收率提高的必要性和氣分裝置經濟效益的影響。

2優化設計流程的模擬分析

2.1　模擬基礎

氣體分餾裝置公稱規模按550kt/a設計，年操作按8400h計，液化氣原料來自重油催化裂化裝置。丙烯設計純度大于等于99.6%(v)，回收率要求大于95%。

2.2　模擬計算與對比分析

采用經典流程和優化流程做比對研究。假定在兩種流程中，脫丙烷塔的操作溫度、操作壓力均保持一致，塔底熱源采用與催化車間熱聯合的方式；丙烯塔的操作溫度、操作壓力也盡可能保持一致，塔底熱源采用裝置低溫熱水，熱水溫差為20℃(75～95℃)，塔頂冷凝采用循環水和冷凍水，循環水溫差為10℃(25～35℃)，工藝冷凍水溫差為5℃(7～12℃)。脫丙烷塔頂空冷器、丙烯塔頂空冷器冷卻負荷保持不變。

經典流程：三塔流程，由脫丙烷、脫乙烷、丙烯丙烷分離三部分組成，主要包括三座分離塔及相應配套的重沸、冷凝及產品冷卻等系統。

優化流程：三塔流程，由脫丙烷、脫乙烷、丙烯丙烷分離三部分組成，主要包括三座分離塔及相應配套的重沸、冷凝及產品冷卻等系統。其中脫乙烷塔頂燃料氣設置丙烯冷凝冷卻器。

經過ASPEN PLUS模擬計算，脫丙烷塔計算結果見表1，脫乙烷塔計算結果見表2，丙烯塔計算結果見表3。

表1　脫丙烷塔計算結果

表2　脫乙烷塔計算結果

表3　丙烯塔計算結果

注：在保證丙烯塔丙烯產品含量≥99.6%(v)，丙烷產品含量≥95%(v)的基礎上，對丙烯塔參數進行了優化設計。

從表1、2、3可知，通過增設冷凝冷卻器流程優化后，丙烯產量在19978kg/h的基礎上增加了522kg/h，丙烯回收率提高了2.5%。

在增產丙烯的同時，又分析了能耗差別，僅考慮公用工程循環冷卻水、冷凍水對丙烯產品單耗的影響，計算方法：《石油化工設計能耗計算標準》GB/T 50441-2007。具體比較結果見表4。

表4　能耗對比

結果可以看出，優化流程的產品單耗略低于常規流程。

2.3　經濟效益對比

在考慮公用工程用量變化的前提下，對常規流程和優化流程進行經濟效益比較。其中公用工程部分、丙烷、瓦斯、高純度丙烯價格按表5。

根據上表所列物價，丙烷價格按液化氣價格考慮，經濟效益對比見表6。

從經濟效益增加來看，裝置的產品經濟效益顯著增加了，年增經濟效益3280多萬元。

表5　價格表

表6　經濟效益對比

3結語

從兩種流程對比分析來看，增設冷凝冷卻器后，設備投資增加，公用工程消耗增加，但整體來看產品單耗略微降低，而每年回收的丙烯效益也是可觀的。

由結果分析來看，增設冷凝冷卻器回收脫乙烷塔頂丙烯是必要的。在以后的老裝置改造上增設冷凝冷卻器可以作為節能增效措施，或者在新裝置中都可以直接采用優化流程進行設計。

參考文獻

1王瀚舟，錢伯章.增產丙烯的技術進展[J].石油化工，1999，(6).

2荊舉祥，徐華.脫乙烷塔操作壓力對氣分裝置經濟效益的影響[J].石油化工設計，2007，24(1)：10～11.

(收稿日期2015-06-18)